3.3 润滑剂、添加剂和润滑方法
3.3.1 润滑剂
在摩擦表面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可以防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。
常用的润滑剂有液体润滑剂（如水、油）、半固体润滑剂（如润滑脂）、固体润滑剂（如石墨、二硫化钼，聚四氟乙烯）和气体润滑剂（如空气及其他气态介质）。其中，固体和气体润滑剂多在高温、高速及要求防止污染等特殊场合使用。对于橡胶、塑料制成的零件，宜用水润滑。绝大多数场合则采用润滑油或润滑脂。
1.润滑油
润滑油分为三大类：有机油、矿物油和化学合成油。矿物油因来源充足，成本较低，适用范围广而且稳定性好，故应用最广。动植物油中因含有较多的硬脂酸，在边界润滑时有很好的润滑性能，但因其稳定性差而且来源有限，所以使用不多。合成油多是针对某种特定需要而研制的，不但适用面窄，而且费用极高。
润滑油的主要性能指标：
（1）黏度：流体的黏度即流体抵抗变形的能力，它表征流体内摩擦阻力的大小。
常用的黏度有动力黏度、运动黏度和条件黏度。
动力黏度：如图3-8所示，根据牛顿提出的黏性定律，有
式中 τ——流体的切应力；
η——比例常数，即流体的动力黏度；
——流体沿垂直于运动方向的速度梯度。
“-”号表示v随y的增大而减小。
图3-8 牛顿黏性定律
摩擦学中把凡是服从这个黏性定律的流体都叫做牛顿液体。
国际单位制（SI）下的动力黏度单位为1Pa·s（帕·秒）。在绝对单位制（C.G.S.制）中，动力黏度的单位定为1dyn·s/cm2，叫1P（泊）。百分之一P成为cP（厘泊），即1P=100cP。P和cP与Pa·s的换算关系可取为1P=0.1Pa·s，1cP=0.001Pa·s。
运动黏度：它等于动力黏度η与同温下该流体的密度ρ的比值：
，在C.G.S.制中运动黏度单位是St（斯），1St=1cm2/s，但St的单位太大，实际上常以其百分之一即cSt（厘斯）作单位。
GB/T 3141—1994规定采用润滑油在40℃时运动黏度中心值作为润滑油的牌号。润滑油实际运动黏度在相应中心黏度值的±10％偏差以内。常用工业润滑油的黏度分类及相应的运动黏度值见表3-1。例如黏度牌号为15的润滑油在40℃时的运动黏度中心值为15cSt，实际运动黏度范围为13.5～16.5cSt。
表3-2 工业用润滑油黏度牌号分类
续表
条件黏度：在一定条件下利用某种规格黏度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的黏度。我国常用恩氏度（°E）作为条件黏度的单位。
运动黏度νt（νt指平均温度为t时的运动黏度，单位为cSt）与条件黏度ηE（单位为°E）可按照下列关系进行换算
影响润滑油黏度的因素有压力和温度，黏度随着温度的升高而降低，随着压力的升高而增大。但压力不太高时（如小于20MPa），变化极微，可略而不计，但是在高副接触零件的润滑中，这种影响就变得十分重要。但温度对黏度的影响很大，在表明润滑油黏度时，一定要注明温度，否则没有意义。图3-9所示为几种常用润滑油的黏度-温度曲线。润滑油黏度受温度影响的程度可用黏度指数表示。黏度指数值越大，表明黏度随温度的变化越小，即黏-温性能越好。
（2）油性：指润滑油中的极性分子对金属表面的吸附能力。
（3）极压性：指在边界摩擦状态下，处于高温、高压下的摩擦表面与润滑油中的某些成分发生化学反应，生成一种低熔点、低剪切强度的反应膜，使表面变得平滑，而且具有防止黏着和擦伤的性能。
（4）闪点：当润滑油在标准仪器中加热后所蒸发出的油气与火焰接近时有闪光发生，则此时的油温称为润滑油的闪点。如果闪光时间长达5s以上，则称为燃点。闪点是衡量润滑油易燃性的一种指标。高温下工作的机械，必须使工作温度比润滑油的闪点低30～40℃以保证安全。
（5）凝固点：在规定条件下，使润滑油失去流动性时的最高温度称为凝固点，它表征了润滑油的低温工作性能。低温下工作的机械，必须选用凝固点低的润滑油。
（6）氧化稳定性：从化学上讲，矿物油是很不活泼的，但当它们在高温气体中时，也会发生氧化，并生成硫、磷、氯的酸性化合物。这是一些胶状沉积物，不但腐蚀金属，而且加剧零件的磨损。
2.润滑脂
这是除了润滑油外应用最多的一类润滑剂。它是润滑油与稠化剂（如钙、锂、钠的金属皂）的膏状混合物。根据调制润滑脂所用皂基的不同，润滑脂主要分为钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂和铝基润滑脂等几类。
图3-9 几种全损耗系统用油的黏度-温度曲线
润滑脂的主要质量指标：
（1）锥入度：用一个重1.5N的标准锥体，在25℃恒温下，从润滑脂表面自由下沉，经过5s后所到达的深度即为锥入度（以0.1mm计）。它是表征润滑脂稀稠程度的指标，锥入度越大，润滑脂就越稀。
（2）滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。它表征润滑脂耐高温的能力。润滑脂的工作温度至少应低于滴点温度20℃。
润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速。
3.3.2 添加剂
为了改善润滑剂在某些方面的性能，满足高速、重载、高温、低温、真空等特殊工况条件的使用要求，在润滑剂中加入的各种具有独特性能的化学合成物作添加剂，其作用如图3-10所示。添加剂的种类目前已达数百种，按其所起的作用可分为：
（1）影响润滑剂物理性质的添加剂，如降凝剂、增黏剂、抗泡剂等。
（2）影响润滑剂其化学作用的添加剂，如清净分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨添加剂等。
工业上润滑剂中所用的大部分添加剂有极性物质高分子聚合物和硫、磷、氯等活性元素的化合物。
图3-10 添加剂的作用
3.3.3 润滑方法
润滑油或润滑脂的供应方法在机械设计中是很重要的。尤其是油润滑时的供应方法与零件在工作时所处的润滑状态有着密切的关系。
1.润滑油
向摩擦表面施加润滑油的方法可分为间歇式和连续式两种。手工用油壶或油枪向注油杯内注油，只能做到间歇润滑。图3-11所示为压配式注油杯，图3-12所示为旋套式注油杯。这些只能用于小型、低速或间歇运动的轴承。对于重要的轴承，必须采用连续供油的方法。
（1）滴油润滑。图3-13所示的针阀油杯和图3-14所示的油芯油杯都可以做到连续滴油润滑。针阀油杯可通过调节滴油速度来改变供油量，并且停车时可扳动油杯上端的手柄以关闭针阀而停止供油。油芯油杯在停车时则仍继续滴油，引起无用的消耗。
图3-11 压配式注油杯
图3-12 旋套式注油杯
（2）油环润滑。图3-15为油环润滑的结构示意图。油环套在轴颈上，下部浸在油中。当轴颈转动时带动油杯转动，将油带到轴颈表面进行润滑。轴颈速度过高或过低，油杯带的油量都会不足，通常用于转速不低于50～60r/min的场合。油环润滑的轴承，其轴线应水平布置。
（3）飞溅润滑。利用转动件（如齿轮）或曲轴的曲柄等将润滑油溅成油星以润滑轴承的润滑方式称为飞溅润滑。
图3-13 针阀油杯
图3-14 油芯油杯
（4）压力循环润滑。用油泵进行压力供油润滑，可保证供油充分，能带走摩擦热以冷却轴承。这种润滑方法多用于高速、重载轴承或齿轮传动上。
图3-15 油环润滑
2.润滑脂
油脂杯只能间歇供应润滑脂。旋盖式油脂杯（见图3-16）是应用得最广的脂润滑装置。杯中装满润滑脂后，旋动上盖即可将润滑脂挤入轴承中。有的也使用油枪向轴承补充润滑脂。
3.3.4 润滑剂的选用方法
在生产设备事故中，由于润滑不当而引起的事故占很大的比重，因润滑不良造成的设备精度降低也较严重。因此润滑剂的选用就显得特别重要。
在具体使用中可参考以下润滑剂的选用原则：
（1）类型选择：润滑油的润滑及散热效果好，应用最广。润滑脂保持在润滑部位，润滑系统简单，密封性好。固体润滑剂的摩擦因数较高，散热性差，但是用寿命长，能在极高或极低温度、腐蚀、真空、辐射等特殊条件下工作。
（2）工作条件：高温、重载、低速条件下选黏度高的润滑油或基础油黏度高的润滑脂，以利于形成油膜。当承受重载、间断或冲击载荷时，润滑油或润滑脂要加入油性剂或极压添加剂，以提高边界膜或极压膜的承载能力。一般润滑油的工作温度最好不超过60℃，而润滑脂的工作温度应低于其滴点20～30℃。
（3）结构特点及环境条件：当被润滑物体为垂直润滑面的开式齿轮、链条等，应采用高黏度油、润滑脂或固体润滑剂以保持较好的附着性。多尘、潮湿环境下，宜采用抗水的钙基、锂基或铝基润滑脂。在酸碱化学介质环境及真空、辐射条件下，常选用固体润滑剂。
图3-16 旋盖式油脂杯
（4）一台设备中用油种类应尽量少，且应首先满足主要条件的需要。如精密机床主轴箱中需要润滑的部件有齿轮、滚动轴承、电磁离合器等，应统一选用全损耗系统用油润滑，且首先应满足主轴轴承的要求，选用L-AN22油。